秦友華

隨著科技的進(jìn)步，多國(guó)火星探測(cè)器的發(fā)射成功，系列星空探測(cè)活動(dòng)的開(kāi)展，星空探測(cè)類研學(xué)越來(lái)越多成為高考試題命制的鐘情點(diǎn)和高頻考點(diǎn)，同時(shí)也成為高考試題的難點(diǎn)。本文從地內(nèi)和地外行星兩個(gè)方面，例談行星視運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以期突破星空類高考試題。

一、行星視運(yùn)動(dòng)相關(guān)概念

1. 合：太陽(yáng)系中的兩顆行星運(yùn)動(dòng)到同一直線時(shí)稱為“合”。地內(nèi)行星位于地球與太陽(yáng)之間的叫“下合日”，其與地球分列太陽(yáng)兩側(cè)的為“上合日”。地外行星位于太陽(yáng)背后的為“合日”。

2. 沖：地外行星與地球的連線和地球與太陽(yáng)的的連線夾角為180°。地外行星和太陽(yáng)位于地球的兩側(cè)稱為地外行星的“沖日”。

3. 大距：地內(nèi)行星與地球的連線和地球與太陽(yáng)連線的角距離達(dá)最大值時(shí)—“大距”。位于太陽(yáng)東側(cè)的為“東大距”，位于太陽(yáng)西側(cè)的為“西大距”。大距前后是觀測(cè)地內(nèi)行星的最佳時(shí)機(jī)。因此，地內(nèi)行星只是在傍晚或凌晨時(shí)可觀測(cè)。

4. 方照：地外行星與地球連線和太陽(yáng)與地球連線垂直時(shí)稱為“方照”。地外行星位于太陽(yáng)東側(cè)時(shí)為“東方照”，位于太陽(yáng)西側(cè)時(shí)為“西方照”。

二、地內(nèi)行星視運(yùn)動(dòng)（以金星為例）

金星和地球在圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，其公轉(zhuǎn)周期比地球公轉(zhuǎn)周期短，小于一個(gè)恒星年。于是金星在繞日公轉(zhuǎn)過(guò)程中就不斷超越地球，在地球上可觀測(cè)到金星和太陽(yáng)之間存在會(huì)合周期的視運(yùn)動(dòng)。圖1為金星的視運(yùn)動(dòng)示意圖。

當(dāng)金星、太陽(yáng)和地球位于同一直線上，金星和太陽(yáng)位于地球的同側(cè)，即“上合日”。此時(shí)金星和太陽(yáng)同升同落，白天太陽(yáng)光遮蓋了金星，金星不可見(jiàn)，夜晚沒(méi)入地平線下也不可見(jiàn)。

從上合日開(kāi)始金星逐漸向東偏離太陽(yáng)，到“東大距”時(shí)視角達(dá)最大值，此時(shí)，當(dāng)太陽(yáng)落山，金星滯后于太陽(yáng)落山，傍晚時(shí)分可見(jiàn)于西方天空特別明亮的昏星——長(zhǎng)庚星。

“東大距”后金星又逐漸靠近太陽(yáng)，金星仍在太陽(yáng)以東，傍晚時(shí)分西方天空仍可見(jiàn)，還是一顆昏星，只是沒(méi)有“東大距”時(shí)明亮。

當(dāng)金星、太陽(yáng)和地球再次位于同一直線上，金星位于太陽(yáng)和地球中間，即“下合日”。此時(shí)金星和太陽(yáng)幾乎一齊從東方升起，白天它淹沒(méi)在太陽(yáng)的光輝之中，傍晚又和太陽(yáng)一齊下山，所以我們看不見(jiàn)它。有時(shí)白天可見(jiàn)金星的黑影在日面上自東向西移動(dòng)，此現(xiàn)象稱為“金星凌日”。（“凌日”只是地內(nèi)行星在“下合日”時(shí)才可能發(fā)生）。

過(guò)了“下合日”金星便偏離太陽(yáng)往西。金星先于太陽(yáng)落山，傍晚看不見(jiàn)。同樣金星早于太陽(yáng)從東方升起，在黎明前的東方可以看到一顆明亮的晨星——啟明星。此后它向西偏離太陽(yáng)的角距離一天天增加，一直到增大到最大值——“西大距”?！拔鞔缶唷睍r(shí)金星特別明亮，這是觀察金星的又一最佳時(shí)機(jī)。

西大距后金星又逐漸靠近太陽(yáng)，但仍然在太陽(yáng)以西，黎明前可見(jiàn)。一直到與太陽(yáng)會(huì)合，

以后它再次成為昏星，周而復(fù)始，年復(fù)一年重復(fù)“上合日→東大距→下合日→西大距→上合日”的周期性視運(yùn)動(dòng)。

在一個(gè)會(huì)合周期中，金星視運(yùn)動(dòng)可以簡(jiǎn)單歸結(jié)為下表1：

水星公轉(zhuǎn)的軌道位于金星內(nèi)側(cè)，在地球上觀測(cè)視角較金星小，在傍晚和凌晨不易見(jiàn)，僅大距時(shí)或凌日時(shí)能見(jiàn)其身影。

注意：行星公轉(zhuǎn)是自西向東，“東大距”是人面向太陽(yáng)，地內(nèi)行星位于太陽(yáng)的左側(cè)的最大視角距離;“西大距”是地內(nèi)行星位于太陽(yáng)的右側(cè)。按運(yùn)動(dòng)方向，“西大距”位于“東大距”的東方。

三、地外行星視運(yùn)動(dòng)（以火星為例）

火星軌道位于黃道的外側(cè)，其公轉(zhuǎn)周期較地球長(zhǎng)，大于一個(gè)恒星年，其在公轉(zhuǎn)的過(guò)程中不斷被地球超越。在地球上可見(jiàn)火星和太陽(yáng)進(jìn)行周期性的會(huì)合視運(yùn)動(dòng)。圖2為火星的視運(yùn)動(dòng)示意圖。

當(dāng)火星和太陽(yáng)、地球位于同一直線上，火星位于太陽(yáng)的背面，稱為“合日”?！昂先铡睍r(shí)火星和太陽(yáng)同升同落，白天太陽(yáng)光照強(qiáng)看不見(jiàn)火星，夜晚沒(méi)入地平線下也看不到火星。

“合日”后，火星由于公轉(zhuǎn)速度較地球慢，火星相對(duì)地球是自東向西運(yùn)動(dòng)，即逐漸偏離太陽(yáng)向西運(yùn)動(dòng)。它先于太陽(yáng)從東方升起，在黎明前的東方天空可以看見(jiàn)它，此時(shí)是一顆晨星。

隨著火星與太陽(yáng)的角距離逐漸加大，每天升起時(shí)的時(shí)間也一天天的提前，當(dāng)火星與地球連線和太陽(yáng)與地球連線成90度角時(shí)，稱為“西方照”。在“西方照”時(shí)火星在子夜時(shí)分從東方升起，當(dāng)日出時(shí)，火星位于正南方，因此，只有下半夜見(jiàn)于東南方天空。

“西方照”后火星與太陽(yáng)的距離進(jìn)一步加大，從東方升起時(shí)間更一步提前，當(dāng)火星與地球連線和太陽(yáng)與地球連線成180度角時(shí)——“沖日”?！皼_日”時(shí)火星與太陽(yáng)是此升彼落，太陽(yáng)一落山，火星就從東方升起，次日早晨，太陽(yáng)剛升起時(shí)它就在西方落山，徹夜可見(jiàn)。如在近日點(diǎn)附近，即“大沖”，這是火星觀測(cè)的最佳時(shí)間。

“沖日”過(guò)后，火星位于太陽(yáng)以東，逐漸靠近太陽(yáng)，火星從東方升起的時(shí)間由傍晚超前到下午，大半夜都能見(jiàn);當(dāng)火星與地球連線和太陽(yáng)與地球連線成90度時(shí)， 即“東方照”。“東方照”時(shí)火星正午時(shí)從東方升起，太陽(yáng)一落山，火星就出現(xiàn)在正南方天空，子夜時(shí)分從西方落下。上半夜西南方天空可見(jiàn)。

“東方照”后火星進(jìn)一步向太陽(yáng)靠近，當(dāng)火星與太陽(yáng)、地球又在同一直線上時(shí)，就進(jìn)入下一個(gè)會(huì)合周期的“合日”。如此循環(huán)往復(fù)，周而復(fù)始地重復(fù)“合日→西方照→沖日→東方照→合日”的視運(yùn)動(dòng)。

在一個(gè)會(huì)合周期中，火星視運(yùn)動(dòng)可以簡(jiǎn)單歸結(jié)如下（表2）：

肉眼可以看到的地外行星有火星、木星、土星;其視運(yùn)動(dòng)的規(guī)律與火星相似，都是“合日”后一天天提前升起，“沖日”后一天天提早落下。

注意：地外行星繞日自西向東公轉(zhuǎn)，由于地外行星公轉(zhuǎn)的速度慢于地球公轉(zhuǎn)的速度，其視運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為相對(duì)太陽(yáng)呈順時(shí)針循環(huán)。

四、典型例題

【例1】（2020年江蘇模擬）某校地理老師帶領(lǐng)同學(xué)們進(jìn)行星空觀察，在繁星中找到了金星、火星和木星，其位置關(guān)系如圖3所示。據(jù)此完成下面問(wèn)題。

（1）圖4選項(xiàng)中能正確表示此時(shí)圖3中各行星在太陽(yáng)系結(jié)構(gòu)示意圖中位置關(guān)系的是（? ）

解析：圖3中金星位于西方地平線上，說(shuō)明是傍晚時(shí)分，金星只是在“東大距”附近時(shí)出現(xiàn)在西方天邊;傍晚時(shí)分火星位于正南方天空，說(shuō)明火星正午時(shí)分從東方升起，應(yīng)為火星的“東方照”;木星位于火星的東側(cè)，說(shuō)明木星滯后于火星從東方升起，木星未到“東方照”，在“沖日”和“東方照”之間，如圖5。

答案：C

【例2】北京時(shí)間2020年7月23日12時(shí)41分，在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)（19.61°N，100.72°E） ，我國(guó)用長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射首次火星探測(cè)任務(wù)，正式開(kāi)啟火星探測(cè)之旅。“天問(wèn)一號(hào)”于2021年2月進(jìn)入環(huán)火星軌道。圖6為“‘天問(wèn)一號(hào)飛行軌跡及發(fā)射與到達(dá)時(shí)火星的位置示意圖”。讀圖6，回答下面問(wèn)題。

（1）“天問(wèn)一號(hào)”發(fā)射和到達(dá)時(shí)，天文愛(ài)好者肉眼觀測(cè)到火星的主要時(shí)間段分別是（ ）

A. 上半夜 下半夜? ?B. 上半夜 上半夜

C. 下半夜 上半夜? ?D. 下半夜 下半夜

解析：圖示“天問(wèn)一號(hào)”發(fā)射時(shí)火星位于“西方照”，如圖7“西方照”時(shí)火星子夜時(shí)分從東方升起，日出時(shí)位于正南方天空，日出后消失，最佳觀測(cè)時(shí)間為下半夜東南方天空。

“天問(wèn)一號(hào)”到達(dá)火星時(shí)，火星位于“東方照”，如圖8，“東方照”時(shí)火星正午時(shí)分從東方升起，日落時(shí)位于正南方天空，子夜時(shí)分火星落山，上半夜可見(jiàn)于西南方天空。

答案：C。

五、鞏固訓(xùn)練

（2020年浙江高考真題）月球與八大行星一樣作自西向東公轉(zhuǎn)，在地球上的觀測(cè)者可以觀測(cè)到月球、地內(nèi)行星經(jīng)過(guò)太陽(yáng)表面的天象，且前者比后者經(jīng)過(guò)日面的時(shí)間短。據(jù)此回答第1題。

1. 若觀測(cè)者在甲地某日先后觀測(cè)到月球、水星經(jīng)過(guò)太陽(yáng)表面的天象，則第二天正午三大天體在星空中的位置（圖9）可能是

（2019年浙江高考真題）月球表面既無(wú)大氣，又無(wú)液態(tài)水。我國(guó)“嫦娥四號(hào)”是人類首次成功著陸于月球背向地球一面的航天器。 圖10為地月系示意圖，圖11為某時(shí)刻月球遠(yuǎn)離地球的一端看到的太陽(yáng)系中的明亮天體。完成第2題。

2. 圖11所示時(shí)刻，月球可能位于圖10軌道上的位置是

A. ①B. ②C. ③D. ④

（2019年浙江高考真題）圖12為太陽(yáng)系部分天體某時(shí)刻相對(duì)位置示意圖。圖13為某學(xué)生當(dāng)日看到的局部星空。完成第3題。

3. 該學(xué)生面朝月球站立，其左側(cè)為正東，此時(shí)為

A. 清晨 B. 正午 C. 黃昏 D. 子夜

（2018年浙江高考真題）2018年2月8日，南天區(qū)出現(xiàn)流星雨。圖14為當(dāng)天從北極上空看到的太陽(yáng)系部分行星位置示意圖。完成第4題。

4. 當(dāng)天晚上，地球上能夠觀察到火星、木星、土星位置關(guān)系（圖15）正確的是

（2020年浙江高三模擬）2019年7月10日晚，土星運(yùn)行到一年中的最佳觀測(cè)位置，當(dāng)天土星入夜即可見(jiàn)，日出前落下。圖16為當(dāng)晚從北極上空看到的太陽(yáng)系部分行星位置示意圖，圖17為某學(xué)生在南京紫金山天文臺(tái)的觀測(cè)記錄。完成第5題。

5. 該日土星所處的軌道位置是

A. 1處 B. 2處 C. 3處 D. 4處

水星離太陽(yáng)太近，總是湮沒(méi)在太陽(yáng)的光輝里，只有在水星大距時(shí)，出現(xiàn)短暫的觀測(cè)機(jī)會(huì)。水星大距是指在地球上看，水星和太陽(yáng)之間的角距離達(dá)到最大，當(dāng)水星在太陽(yáng)東邊時(shí)為東大距、在太陽(yáng)西邊時(shí)為西大距。圖18為2019年6月24日水星東大距時(shí)太陽(yáng)系部分天體某時(shí)刻相對(duì)位置示意圖。據(jù)此回答第6題。

6. 圖中水星東大距時(shí)，水星所處的軌道位置是

A. ① B. ② C. ③ D. ④

【參考答案】

1. D。解析：觀察者在第一天觀察到水星經(jīng)過(guò)太陽(yáng)表面，這是“水星凌日”現(xiàn)象?！傲枞铡爆F(xiàn)象發(fā)生在下合日，第二天水星向西偏移太陽(yáng)，水星應(yīng)位于太陽(yáng)西側(cè)，先于太陽(yáng)落山，早于太陽(yáng)從東方升起。月球視運(yùn)動(dòng)的速度快于水星，第二天滯后于太陽(yáng)落山，位于太陽(yáng)的東側(cè)。

2. B。解析：圖11中金星位于西方地平線，這是金星處于“東大距”附近是一顆昏星，為傍晚時(shí)分。此時(shí)火星位于正南方，說(shuō)明火星位于“東方照”，星起正午，子夜落山，上半夜可見(jiàn)，太陽(yáng)一落山傍晚時(shí)分就出現(xiàn)在正南方天空。圖10中傍晚時(shí)分為②位置。

3. D。解析：根據(jù)圖12中火星和太陽(yáng)分列地球兩側(cè)，該日為“火星沖日”，如圖19?！盎鹦菦_日”時(shí)火星和太陽(yáng)此升彼落，太陽(yáng)落山，火星從東方升起，次日太陽(yáng)從東方升起，火星從西方落下。圖13中該學(xué)生面朝月球站立，其左側(cè)為正東，說(shuō)明月球和火星位于正南方天空，應(yīng)為子夜時(shí)分。

4. A。解析：圖14為木星與地球連線和太陽(yáng)與地球連線相垂直，木星處于“西方照”時(shí)間，如圖20。“西方照”時(shí)木星子夜時(shí)分從東方升起，日出時(shí)位于正南方天空?；鹦?、土星未到“西方照”，應(yīng)該是子夜后滯后于木星從東方升起，排列順序自西向東依次為木星、火星、土星，其高度為木星>火星>土星。

5. A。解析：根據(jù)材料圖17土星運(yùn)行到一年中的最佳觀測(cè)位置，當(dāng)天土星入夜即可見(jiàn)，日出前落下。說(shuō)明土星位于“沖日”附近，如圖21，此時(shí)土星位于正南方天空，為子夜時(shí)分。

6. B。解析：根據(jù)材料，當(dāng)水星在太陽(yáng)東邊時(shí)為東大距、在太陽(yáng)西邊時(shí)為西大距;從圖18看，①②位置為水星大距;根據(jù)圖中行星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷，②位置時(shí)水星在太陽(yáng)東側(cè)，①位置時(shí)水星在太陽(yáng)西側(cè)，因此②為東大距時(shí)水星所處的軌道位置。故答案選B。

責(zé)任編輯 李平安